JP2006137941A - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤ - Google Patents

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和幸 西岡
Katsumi Terakawa
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Abstract

【課題】グリップ性能および耐摩耗性を高次にバランスよく向上させたタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム100重量部に対して、重量平均分子量が320〜10000のポリスチレンを5〜150重量部含有するタイヤ用ゴム組成物、およびそれを用いたタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、特定分子量のポリスチレンを含むタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関する。
高性能タイヤのトレッドゴムには、一般的に、優れたグリップ性能および耐摩耗性の両立が要求される。従来、優れたグリップ性能を示すゴム組成物を得るために、たとえば、ガラス転移温度(Tg)の高いスチレンブタジエンゴム(SBR)を使用したゴム組成物、プロセスオイルと高軟化点樹脂とを等量置換配合したゴム組成物、軟化剤およびカーボンブラックを高充填したゴム組成物、粒子径の小さなカーボンブラックを使用したゴム組成物などが知られている。
しかし、Tgの高いSBRを使用したゴム組成物は温度依存性が大きくなり、温度変化に対する性能変化が大きくなるという問題がある。また、プロセスオイルを高軟化点樹脂に等量置換した場合、置換量が多量であると、該高軟化点樹脂の影響により、温度依存性が大きくなるという問題がある。さらに、粒子の小さなカーボンブラックや多量の軟化剤を使用した場合、カーボンブラックの分散性が悪化し、耐摩耗性が低下するという問題がある。
これらの問題を解決するために、特許文献1において、低分子量スチレンブタジエン共重合体を用いることが提案されている。しかし、低分子量スチレンブタジエン共重合体には架橋性を有する二重結合が存在するので、一部の低分子量成分がマトリックスのゴムと架橋を形成してマトリックスに取り込まれ、充分なヒステリシスロスを発生しないという問題がある。また、低分子量成分が架橋によりマトリックスに取り込まれないようにするため、二重結合部を水素添加により飽和結合にした場合、マトリックスとの相溶性が著しく悪化し、その結果、破壊特性が低下したり、低分子量成分がブリードしたりするという問題がある。
特開昭63−101440号公報
本発明は、グリップ性能および耐摩耗性を高次にバランスよく向上させるタイヤ用ゴム組成物ならびにそれを用いたタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、ジエン系ゴム100重量部に対して、重量平均分子量が320〜10000のポリスチレンを5〜150重量部含有するタイヤ用ゴム組成物に関する。
前記ジエン系ゴムにおけるスチレンブタジエンゴムの含有率は30重量%以上であることが好ましい。
前記スチレンブタジエンゴムのスチレン含有率は20重量%以上であることが好ましい。
また、本発明は、前記タイヤ用ゴム組成物を用いたタイヤに関する。
本発明によれば、ジエン系ゴムおよび特定分子量のポリスチレンを配合することにより、グリップ性能および耐摩耗性を高次にバランスよく向上させたタイヤ用ゴム組成物ならびにそれを用いたタイヤを提供することができる。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴムおよびポリスチレンを含む。
ジエン系ゴムとしては、具体的に天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)などがあげられる。これらのゴムは単独で用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良いが、なかでも、グリップ性能および耐摩耗性を高次にバランスよく向上させられることから、SBR、NRおよびBRからなる郡から選ばれる1種以上のゴムが好ましく、とくにSBRが好ましい。
SBRのスチレン含有率は、ポリスチレンとの相溶性の観点から、20重量%以上が好ましく、25重量%以上がより好ましい。スチレン含有率が20重量%未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、スチレン含有率は、60重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましい。スチレン含有率が60重量%をこえると、耐摩耗性が低下するだけでなく、低温時のグリップ性能も悪化する傾向がある。
ジエン系ゴムとしてSBRを含有する場合、ジエン系ゴム中におけるSBRの含有率は、ポリスチレンとの相溶性の観点から、30重量%以上が好ましく、50重量%以上がより好ましい。SBRの含有率が30重量%未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。とくにSBRの含有率は、100重量%が最も好ましい。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ポリスチレンを含有することにより、グリップ性能および耐摩耗性を高次にバランスよく向上させることができる。なお、ポリスチレンのかわりにポリエチレン、ポリプロピレンなどのような高分子化合物を配合した場合、ジエン系ゴムとの相容性が良好ではなく、耐摩耗性が低下するという問題が生じるため、好ましくない。
ポリスチレンの重量平均分子量(Mw)は、320以上、好ましくは500以上、より好ましくは600以上である。Mwが320未満では、耐摩耗性が低下する。また、Mwは10000以下、好ましくは5000以下、より好ましくは3000以下、さらに好ましくは2000以下である。Mwが10000をこえると、グリップ性能、とくに低温時におけるグリップ性能の改善効果が得られない。
ポリスチレンの融点は、80℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。ポリスチレンの融点が80℃をこえると、とくに低温時のグリップ性能が悪化する傾向がある。
ポリスチレンの含有量は、ジエン系ゴム100重量部に対して、5重量部以上、好ましくは10重量部以上である。ポリスチレンの含有量が5重量部未満では、とくにグリップ性能の改善効果が得られにくい。また、ポリスチレンの含有量は、150重量部以下、好ましくは100重量部以下である。ポリスチレンの含有量が150重量部をこえると、耐摩耗性が低下する。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、さらに、補強用充填剤を含有することが好ましい。補強用充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウムなど、従来タイヤ用ゴム組成物において慣用されるもののなかから任意に選択して用いることができるが、主としてカーボンブラックが好ましい。これらの補強用充填剤は単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は80m2/g以上が好ましく、100m2/g以上がより好ましい。N2SAが80m2/g未満では、グリップ性能および耐摩耗性がともに低下する傾向がある。また、カーボンブラックのN2SAは280m2/g以下が好ましく、200m2/g以下がより好ましい。N2SAが280m2/gをこえると、良好な分散が得られにくく、耐摩耗性が低下する傾向がある。
カーボンブラックを配合する場合、カーボンブラックの含有量は、ジエン系ゴム100重量部に対して10重量部以上が好ましく、20重量部以上が好ましい。カーボンブラックの含有量が10重量部未満では、耐摩耗性が低下する傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、200重量部以下であることが好ましく、150重量部以下であることが好ましい。カーボンブラックの含有量が200重量部をこえると、加工性が低下する傾向がある。
さらに、本発明のタイヤ用ゴム組成物には、ジエン系ゴム、ポリスチレンおよび補強用充填剤の他に、ゴム工業で通常使用されている各種薬品、たとえば硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤、各種軟化剤、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤などの添加剤を配合することができる。
本発明のタイヤは、本発明のタイヤ用ゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。すなわち、必要に応じて前記各種薬品を配合した本発明のタイヤ用ゴム組成物を未加硫の段階でタイヤの各部材の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧して本発明のタイヤを得る。
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、グリップ性能を大きく向上させることができることから、タイヤ部材のなかでも特に高性能タイヤのトレッドなどとして用いることが好ましい。
以下、実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。
(ポリスチレン1〜7の重合)
ポリスチレン1は、充分に窒素置換した50ml容器に、トルエン15ml、スチレン5ml、n−ブチルリチウム280mgを入れ、0℃で1時間重合した後、メタノール−塩酸(2%)溶液を入れて反応を停止させることで合成し、作製した。
ポリスチレン2〜7は、n−ブチルリチウムをそれぞれ93mg、933mg、28mg、6mg、800mg、596mg配合した以外は、ポリスチレン1と同様に作製した。
合成したポリスチレン1〜7の重量平均分子量(Mw)は、東ソー(株)製GPC−8000シリーズの装置を用い、検知器として示差屈折計を用いて測定し、標準ポリスチレンにより校正した。また、それらの融点は、DSCにより測定した。
ポリスチレン1〜7についての評価結果を表1に示す。
Figure 2006137941
以下に、実施例および比較例で用いたポリスチレン以外の各種薬品について説明する。
SBR1:JSR(株)製のSBR1502(スチレン含有率:23.5重量%)
SBR2:日本ゼオン(株)製のニッポールN9550(スチレン含有率:46重量%)
カーボンブラック:昭和キャボット(株)製のショウブラックN110(N2SA:143m2/g)
軟化剤:出光興産(株)製のダイアナプロセスオイルAH−16
スチレン:和光純薬工業(株)製のスチレンモノマー
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
ステアリン酸:日本油脂(株)製のステアリン酸
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルファンアミド)
実施例1〜4および比較例1〜4
表2に示す配合処方に従って、混練り配合し、各種供試ゴム組成物を得た。これらの配合物を170℃で20分間プレス加硫して加硫物(ゴム試験片)を得て、これらについて以下に示す各特性の試験を行なった。
(グリップ性能)
グリップ評価は、(株)上島製作所製フラットベルト式摩耗試験機(FR5010型)を用いて評価した。幅20mm、直径100mmの円筒形のゴム試験片を用い、速度20km/h、荷重4kgf、外気温度30℃、水温25℃で路面に対するサンプルのスリップ率を0〜70%まで変化させ、その際に検出される摩擦係数の中の最大値を読みとり、比較例を100として指数表示した。
(耐摩耗性)
耐摩耗性評価は、(株)上島製作所製ランボーン摩耗試験機にて、温度20℃、スリップ率20%、試験時間5分間の条件でゴム試験片のランボーン摩耗量を測定し、各配合の容積損失を計算し、比較例1の損失量を100として指数表示した。耐摩耗性指数が大きいほど耐摩耗性が優れる。
(操縦安定性)
表2記載の配合内容のゴム組成物からなるトレッドを有する215/45R17のサイズのタイヤを作製した。このタイヤを用いて、アスファルト路面のテストコースにて実車走行を行なった。その際における操舵時のコントロールの安定性をテストドライバーが評価し、5点満点で評価をした。数値が大きいほど操縦安定性が良いことを示している(5:良い、4:やや良い、3:普通、2:やや悪い、1:悪い)。
実施例1〜4および比較例1〜4の測定結果をそれぞれ表2に示す。
Figure 2006137941
実施例5〜7および比較例5〜6
表3に示す配合処方に従って、混練り配合し、各種供試ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物をトレッド形状に成形して、他のタイヤ部材と貼りあわせ、170℃の条件下にて20分間プレス加硫することにより、評価用タイヤ(タイヤサイズ:215/45R17)を製造し、下記の各試験に用いた。
(グリップ性能)
試験車輌に製造したタイヤを装着させ、1周3.2kmのアスファルト路面のテストコースを10周実走行し、テストドライバーがグリップ性能の官能評価を行なった。特に1周目のグリップ性能を初期グリップ性能とした。初期グリップ性能およびグリップ性能ともに、比較例5のタイヤのグリップ性能を100とし、指数表示した。グリップ性能指数が大きいほどグリップ性能が優れていることを示す。
(耐摩耗性)
試験車輌に製造したタイヤを装着させ、前記テストコースを20周実走行し、走行前後における溝の深さの変化を計測し、比較例5の耐摩耗性を100とし、以下の計算式により、指数表示した。耐摩耗性指数が大きいほど耐摩耗性が優れていることを示す。
(耐摩耗性指数)=(比較例5の溝の深さの変化)/(各配合の溝の深さの変化)
実施例5〜7および比較例5〜6の測定結果を表3に示す。
Figure 2006137941

Claims (4)

  1. ジエン系ゴム100重量部に対して、重量平均分子量が320〜10000のポリスチレンを5〜150重量部含有するタイヤ用ゴム組成物。
  2. ジエン系ゴムにおけるスチレンブタジエンゴムの含有率が30重量%以上である請求項1記載のタイヤ用ゴム組成物。
  3. スチレンブタジエンゴムのスチレン含有率が20重量%以上である請求項2記載のタイヤ用ゴム組成物。
  4. 請求項1、2または3記載のタイヤ用ゴム組成物を用いたタイヤ。
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